nucleotiden kunnen op verschillende manieren worden gesynthetiseerd, zowel in vitro als in vivo.
in vitro kunnen beschermende groepen worden gebruikt tijdens de laboratoriumproductie van nucleotiden. Een gezuiverd nucleoside wordt beschermd om een fosforamidiet te creëren, dat dan kan worden gebruikt om analogen te verkrijgen die niet in de natuur worden gevonden en/of om een oligonucleotide te synthetiseren.
in vivo kunnen nucleotiden de novo worden gesynthetiseerd of gerecycleerd via salvage-routes., De componenten die in de novo nucleotidesynthese worden gebruikt worden afgeleid uit biosynthetische voorlopers van koolhydraat en aminozuurmetabolisme, en uit ammoniak en kooldioxide. De lever is het belangrijkste orgaan van de novo synthese van alle vier nucleotiden. De novo synthese van pyrimidines en purines volgt twee verschillende routes. Pyrimidines worden eerst gesynthetiseerd uit aspartaat en carbamoyl-fosfaat in het cytoplasma aan de gemeenschappelijke voorloperringstructuur orotic zuur, waaraan een gefosforyleerde ribosyleenheid covalent verbonden is., Purines, echter, worden eerst gesynthetiseerd uit de suiker sjabloon waarop de ring synthese plaatsvindt. Ter referentie, worden de syntheses van purine en pyrimidine nucleotiden uitgevoerd door verscheidene enzymen in het cytoplasma van de cel, niet binnen een specifieke organel. De nucleotiden ondergaan analyse zodanig dat de nuttige delen in synthesereacties kunnen worden hergebruikt om nieuwe nucleotiden tot stand te brengen.
Pyrimidine ribonucleotide synthesedit
het kleurenschema is als volgt: enzymen, coenzymes, substraatnamen, anorganische moleculen
de synthese van de pyrimidines CTP en UTP vindt plaats in het cytoplasma en begint met de vorming van carbamoylfosfaat uit glutamine en CO2. Vervolgens katalyseert aspartaatcarbamoyltransferase een condensatiereactie tussen aspartaat en carbamoylfosfaat om carbamoyl asparaginezuur te vormen, dat door dihydro-orotase tot 4,5-dihydro-orotinezuur wordt gecycliseerd. De laatste wordt omgezet in orotaat door dihydro-orotaatoxidase., De netto reactie is:
(s)-Dihydroorotaat + O2 → orotaat + H2O2
orotaat is covalent verbonden met een gefosforyleerde ribosyl-eenheid. De covalente verbinding tussen de ribose en pyrimidine vindt plaats op positie C1 van de ribose-eenheid, die een pyrofosfaat bevat, en N1 van de pyrimidinering., Orotaatfosforibosyltransferase (PRPP transferase) katalyseert de netto reactie die orotidine monofosfaat (OMP) oplevert:
orotaat + 5-fosfo-α-D-ribose 1-difosfaat (PRPP) → Orotidine 5′-fosfaat + pyrofosfaat
Orotidine 5′-monofosfaat wordt gedecarboxyleerd door orotidine-5′-fosfaat decarboxylase om uridine monofosfaat (UMP) te vormen. PRPP-transferase katalyseert zowel de ribosylering-als decarboxyleringsreacties, waarbij UMP wordt gevormd uit orotinezuur in aanwezigheid van PRPP. Het is uit UMP dat andere pyrimidine nucleotiden worden afgeleid., UMP wordt gefosforyleerd door twee kinasen tot uridinetrifosfaat (UTP) via twee opeenvolgende reacties met ATP. Eerst wordt het difosfaat van UDP geproduceerd, dat op zijn beurt wordt gefosforyleerd tot UTP. Beide stappen worden gevoed door ATP hydrolyse:
ATP + UMP → ADP + UDP UDP + ATP → UTP + ADP
CTP wordt vervolgens gevormd door de aminering van UTP door de katalytische activiteit van CTP synthetase., Glutamine is de NH3 donor en de reactie wordt gevoed door ATP hydrolyse, ook:
UTP + Glutamine + ATP + H2O → CTP + ADP + Pi
Cytidinemonofosfaat (CMP) is afgeleid van cytidinetrifosfaat (CTP) met daaropvolgend verlies van twee fosfaten.
Purine ribonucleotide synthesedit
de atomen die worden gebruikt om de purinenucleotiden te bouwen komen uit verschillende bronnen:
de synthese van IMP., id=”61600a4286″>
N1 voortvloeit uit de amine-groep van Asp
C2 en C8 zijn afkomstig uit formate
N3 en de N9 wordt bijgedragen door de amide-groep Gln
C4, C5 en N7 zijn afgeleid van Glycine
C6 komt van HCO3− (CO2 -)
De de novo synthese van purine nucleotiden van deze precursoren zijn opgenomen in het purine-ring opbrengst wordt door een 10-stappen weg naar de tak-punt tussenliggende IMP, de nucleotide van de basis hypoxanthine., AMP en GMP worden later samengesteld van deze tussenpersoon via afzonderlijke, twee-stap wegen. Aldus, worden de purinedelen aanvankelijk gevormd als deel van ribonucleotides eerder dan als vrije basissen.
zes enzymen nemen deel aan de IMP-synthese. Drie daarvan zijn multifunctioneel:
- GART (Reacties 2, 3 en 5)
- PAICS (reacties 6, en 7)
- ATIC (reacties 9, en 10)
De pathway begint met de vorming van PRPP. PRPS1 is het enzym dat R5P activeert, dat hoofdzakelijk door de pentosefosfaatroute wordt gevormd, aan PRPP door het met ATP te reageren., De reactie is ongewoon in die zin dat een pyrofosforylgroep direct van ATP naar C1 van R5P wordt overgebracht en dat het product De α-configuratie ongeveer C1 heeft. Deze reactie wordt ook gedeeld met de wegen voor de synthese van Trp, zijn, en de pyrimidinenucleotiden. Omdat het op een belangrijke metabolische kruispunt en die veel energie, deze reactie is sterk geregeld.,
in de eerste reactie die uniek is voor de biosynthese van purinenucleotiden, katalyseert PPAT de verplaatsing van PRPP ‘ s pyrofosfaatgroep (PPi) door een amidestikstof gedoneerd uit glutamine (N), glycine (n&C), aspartaat (N), foliumzuur (C1) of CO2. Dit is de geëngageerde stap in purine synthese. De reactie komt met de inversie van configuratie over ribose C1 voor, waarbij β-5-phosphorybosylamine (5-PRA) wordt gevormd en de anomerische vorm van het toekomstige nucleotide wordt gevestigd.,
vervolgens wordt een glycine geïncorporeerd, gevoed door ATP-hydrolyse, en vormt de carboxylgroep een aminebinding met de eerder geïntroduceerde NH2. Een één-koolstofeenheid van foliumzuurco-enzym N10-formyl-THF wordt dan toegevoegd aan de aminogroep van de gesubstitueerde glycine gevolgd door de sluiting van de imidazoolring. Vervolgens wordt een tweede NH2-groep overgebracht van glutamine naar de eerste koolstof van de glycine-eenheid. Gelijktijdig wordt een carboxylering van de tweede koolstof van de glycin-eenheid toegevoegd. Deze nieuwe koolstof wordt gewijzigd door de toevoeging van een derde NH2-eenheid, deze keer overgebracht uit een aspartaatresidu., Ten slotte wordt een tweede één-koolstofeenheid van formyl-THF aan de stikstofgroep toegevoegd en wordt de ring covalent gesloten om de gemeenschappelijke purinevoorloperstof inosine monofosfaat (IMP) te vormen.
Inosine monofosfaat wordt in twee stappen omgezet in adenosine monofosfaat. Ten eerste, GTP hydrolyse brandstoffen de toevoeging van aspartaat aan IMP door adenylosuccinaat synthase, vervanging van de carbonylzuurstof voor een stikstof en de vorming van de intermediaire adenylosuccinaat. Fumaraat wordt dan gespleten van het vormen van adenosine monofosfaat. Deze stap wordt gekatalyseerd door adenylosuccinate lyase.,
Inosine monofosfaat wordt omgezet in guanosine monofosfaat door de oxidatie van IMP-vorming van xanthylaat, gevolgd door de insertie van een aminogroep bij C2. NAD+ is de elektronenacceptor in de oxidatiereactie. De amidegroepoverdracht van glutamine wordt gevoed door ATP-hydrolyse.
Pyrimidine en purinedegradatiedit
bij mensen kunnen pyrimidinering (C, T, U) volledig worden afgebroken tot CO2 en NH3 (ureumuitscheiding). Dat gezegd hebbende, purine ringen (G, A) kan niet. In plaats daarvan, worden zij gedegradeerd tot metabolisch inert urinezuur dat dan uit het lichaam wordt uitgescheiden., Urinezuur wordt gevormd wanneer GMP wordt gesplitst in de base guanine en ribose. Guanine wordt gedeamineerd tot xanthine dat op zijn beurt wordt geoxideerd tot urinezuur. Deze laatste reactie is onomkeerbaar. Op dezelfde manier kan urinezuur worden gevormd wanneer AMP aan IMP wordt gedeamineerd waaruit de ribose-eenheid wordt verwijderd om hypoxanthine te vormen. Hypoxanthine wordt geoxideerd tot xanthine en uiteindelijk tot urinezuur. In plaats van urinezuur secretie, kunnen guanine en IMP worden gebruikt voor recycling doeleinden en nucleïnezuur synthese in aanwezigheid van PRPP en aspartaat (NH3 donor).